Создание сверхбыстрого оптоэлектронного переключателя с использованием конденсата поляритонов Бозе-Эйнштейна
Группа исследователей, связанных с целым рядом институтов в Китае, разработала сверхбыстрый оптоэлектронный переключатель с использованием конденсата поляритонов Бозе-Эйнштейна. Они опубликовали свою работу в журнале Physical Review Letters.
(а) Экспериментальная схема.
(б) Схема дисперсии энергии-импульса для микропровода ZnO. Два фотона от управляющего импульса с длиной волны 700 нм вызывают вынужденное рассеяние на поляритонном конденсате, образующемся при k // =0 на LP-ветви. Бездействующий фотон имеет большую длину волны 3,4 мкм.
(c) Интегральный спектр ФЛ с угловым разрешением, полученный при 350 нм при плотности потока энергии накачки около 7,0×10 -4 Дж/см 2 .
Зависимость флюенса накачки от (d) заполнения основного состояния, ширины линии излучения и (e) энергии в максимуме спектров излучения ФЛ.
(f) Интегральный спектр ФЛ с угловым разрешением, полученный при возбуждении на длине волны 700 нм при плотности потока энергии 3,4×10 -3 Дж/см 2 .
Кредит: Письма с физическим обзором(2022). DOI: 10.1103/PhysRevLett.129.057402
Поскольку ученые ищут способы создания более быстрых устройств, они обратились к свету как к среде передачи информации, а не к электронам. Для создания таких устройств необходимо разработать коммутаторы, способные работать с более быстрой средой, работающей на оптических частотах. В этой новой работе исследователи разработали и построили именно такой переключатель, который позволяет обрабатывать данные в терагерцовом диапазоне.
Чтобы построить свой новый переключатель, исследователи обратились к поляритонам как к переключающему механизму. Поляритоны — это квазичастицы, которые можно получить с помощью фотонов и экситонов, и их можно использовать для создания конденсатов Бозе-Эйнштейна, состоящих из частиц, существующих в одном квантовом состоянии. Поляритоны излучают свет, который является необходимой частью оптического переключателя. Исследователи отметили, что конденсат Бозе-Эйнштейна, полученный с использованием поляритонов, может действовать как поляритонный лазер — еще одна полезная функция оптического переключателя. Исследователи также отметили, что некоторые полупроводники, такие как оксид цинка, могут удерживать экситоны при комнатной температуре, что очень удобно.
Чтобы создать свой переключатель, исследователи начали с образца оксида цинка, внутри которого существовали микрополости. Запуск ультрафиолетового импульса накачки в полость в течение нескольких фемтосекунд привел к вспышке света от конденсата Бозе-Эйнштейна внутри, продолжающейся столько же времени. Что еще более важно, выключение лазера приводило к очень быстрому отключению вспышки света — в 1000 раз быстрее, чем другие оптоэлектрические переключатели. Это было связано с быстрым исчезновением поляритонной популяции. Время, которое требуется оптическому переключателю для включения и выключения, составляет одну из его наиболее важных характеристик, и было обнаружено, что скорость этого нового устройства на несколько порядков выше, чем у других поляритонных переключателей .которые были разработаны до сих пор: достаточно хороши, чтобы разместить устройства, использующие такой переключатель, в терагерцовом диапазоне.
